CN115173496A - 动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置 - Google Patents

动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置 Download PDF

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Abstract

本发明主要揭示一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中。依据本发明的设计，该动态电池充电平衡装置监测该多个电池单元的多个电池电压，从而在任两个所述电池单元之间的电池电压差超过一预设临界值的情况下，产生多个平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。值得说明的是，各所述平衡充电电流是以(剩余)可充电时间、各所述电池单元的当前电池电压以及一额定电池容量为参数计算获得。因此，在一个充电循环中，用以向低电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流会大于用以向高电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流。依此设计，本发明的动态电池充电平衡装置能够快速地平衡(消除)任二个电池单元之间的电池电压差，最终消除任两个电池单元之间的电池电压不平衡的现象。

Description

动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置
技术领域
本发明是关于多节电池组(Multi-cell battery pack)的技术领域，尤指一种动态电池充电平衡装置与方法。
背景技术
随着无线(Cordless)高功率电器产品(如：无线吸尘器、电动工具、扫地机器人等)的推陈出新，包含多个电池单元的多节电池组因此获得广泛应用。图1显示习知的一种多节电池组的立体图。如图1所示，习知的多节电池组1a的基本组成包括：多颗电池单元(battery cell)11a、多个电池座12a以及一电池管理电路13a。实务上，多节电池组1a通常容置在其专属设计的一壳体内，从而与该壳体组成一可充电电池装置，利于组装至一电器主体(如：无线吸尘器的主机体)。
应知道，除了无线高功率电器产品之外，多节电池组1a也被应用在电动机车、电动汽车等新能源车辆的电池系统的制作。当包含该多节电池组1a的可充电电池装置的电量不足或耗尽时，须使用一充电装置对其进行充电。进行充电时，该充电装置是以一定电流(Constant current)对多节电池组1a内的每个电池单元11a充电，直至各个电池单元11a的电池电压皆达到一目标电池电压。可惜的是，各个电池单元11a之间具有本质差异，因此，即使指示灯显示可充电电池装置已经充饱电了，多节电池组1a内的各个电池单元11a也不可能具有相同的容量。另一方面，在固定充电电流与放电电流的情况下，各个电池单元11a也不会具有相同的充电效率与放电效率。
实务经验指出，锂离子的电池单元11a具较高的额定电压(3.4～4.2伏特)和能量密度，因此透过串联连接数量较少的锂离子的电池单元11a可轻松实现高电压和高容量的多节电池组1a。但是，锂离子的电池单元11a具有一些缺陷，例如过度放电会引起电池单元失衡，从而导致多节电池组1a的相异电池单元11a之间出现电池容量(或电池电压)不相等的问题。因此，除了用以将该充电装置所提供的充电电流送向各个电池单元11a以及接收各个电池单元11a的放电电流以外，电池管理电路13a还用以向各个电池单元11a提供过充保护、过放保护、过流保护、及短路保护。
在电池管理电路13a保护下，高电池电压的电池单元11a会在多节电池组1a充电之时很快地达到高压保护电压，从而启用过充保护以停止充电。相反地，在多节电池组1a放电时，低电池电压的电池单元11a很容易达到低压保护电压，从而启用过放保护以停止放电。由此可知，电池单元11a失衡会缩短多节电池组1a的可充电时间及/或可充电时间，这也是造成具有该多节电池组1a的可充电电池装置的续航力越来越差的主要原因。
为改善上述缺陷，必须使该电源管理电路13a具有一电池单元平衡功能(batterycell balancing)以解决多节电池组1a的电池单元失衡问题。美国专利号US8,035,343提出一种用于在多节电池组中平衡电池单元的方法。依据美国专利号US8,035,343的揭示内容，包含多个子监视和平衡单元的一监视和平衡电路被整合在一电池管理电路13a(可参考图1)，且多个所述子监视和平衡单元分别耦接一个电池单元11a(可参考图1)。进行放电时，该监视和平衡电路仅对每个电池单元11a的电池电压进行监测。然而，进行充电时，该监视和平衡电路对每个电池单元11a的电池电压进行监测和平衡。
更详细地说明，进行充电时，充电装置首先输出其一最大充电电流(例如：450mA)，该监视和平衡电路以该最大充电电流作为一第一充电电流用于对该多节电池组1a的每个电池单元11a进行充电。接着，监视和平衡电路量测每个电池单元11a的电池电压。在至少一个电池单元11a的电池电压达到目标电池电压(例如3.6V)的情况下，将该第一充电电流调降一预定量而变成一第二充电电流。接着，再以该第二充电电流对该多节电池组1a的每个电池单元11a进行充电，且在至少一个电池单元11a被充电至具有目标电池电压之时，将该第一充电电流调降一预定量而变成一第三充电电流。依此类推，直至用于对电池单元11a进行充电的充电电流被调降至该充电装置的一最小充电电流(例如：45mA或140mA)。
简单地说，美国专利号US8,035,343所提出的用于在电池组中平衡电池单元的方法需对包含多个电池单元11a的多节电池组1a进行多次的充电循环(charging cycle)才能够完成对于该多个电池单元11a的电池电压平衡处理。如下表(1)所示，利用习知的平衡电池单元的方法对Samsung ICR18650-22P的多节电池组进行电池电压平衡处理，发现需要至少8次的充电循环才能够完成平衡电池单元的电池电压。因此，可以推知，若该多节电池组1a的多个电池单元11a所具有的最大电池电压和最小电池电压的差值越大，则所述充电循环的总次数会跟着增加。补充说明的是，下表(1)显示充电开始时的电池最高与最低电压，并且，充电至任一电池电压达4.25V即为充饱状态。
表(1)
Figure BDA0003009588360000031
应知道，市售的电池管理电路13a(参考图1)及/或充电装置通常还会具备充电时间保护的功能，用于在充电时间超过一充电时间阀值(例如：6～12小时，依据充电电流大小)之后，即停止充电。然而，由表(1)可发现Samsung ICR18650-22P的多节电池组的第一次和第二次充电循环所耗费的充电时间分别为1.35小时、2.86小时，远远低于所述充电时间阀值，显见习知的平衡电池单元的方法仅考虑电池电压和充电电流，并没有同时将最大可充电时间纳入考虑。
由前述说明可知，习知的平衡电池单元的方法仍具有加以改善的空间。有鉴于此，本案的发明人是极力加以研究发明，而终于研发完成一种动态电池充电平衡装置与方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中。依据本发明的设计，该动态电池充电平衡装置监测该多个电池单元的多个电池电压，从而在任两个所述电池单元之间的电池电压差超过一预设临界值的情况下，产生多个平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。值得说明的是，各所述平衡充电电流是以(剩余)可充电时间、各所述电池单元的当前电池电压以及一额定电池容量为参数计算获得。因此，在一个充电循环中，用以向低电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流会大于用以向高电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流，并动态调节充电电流，延后电池最高电压达到4.25V充饱状态。依此设计，本发明的动态电池充电平衡装置能够快速地平衡(消除)任二个电池单元之间的电池电压差，最终消除任两个电池单元之间的电池电压不平衡的现象。
为达成上述目的，本发明提出所述动态电池充电平衡装置的一实施例，其是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中，其中，该电池管理电路具有一控制单元，且所述动态电池充电平衡装置整合于该电池管理电路之中；所述动态电池充电平衡装置包括：
一电池电压感测单元，耦接该多个电池单元，用以对各个所述电池单元进行一电池电压感测，从而输出多个电压感测信号；以及
一电池平衡控制模块，耦接该电池电压感测单元与该控制单元，且包括：
一第一信号处理单元，自该电池电压感测单元接收该多个电压感测信号，且将该多个电压感测信号转换成多个电池电压信号；及
一平衡控制单元，耦接该第一信号处理单元以接收该多个电池电压信号，从而依据各个所述电池电压信号而获知对应于多个所述电池单元的多个电池电压；
其中，该平衡控制单元依据一可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元的一额定容量而计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。
在一实施例中，本发明的所述动态电池充电平衡装置是还包括：
一充电电流感测单元，耦接该控制单元，用感测该控制单元传送至各个所述电池单元的一充电电流。
在一实施例中，该电池平衡控制模块还包括：
一第二信号处理单元，耦接该充电电流感测单元以接收一电流感测信号，且将该电流感测信号转换成一充电电流信号；其中，该平衡控制单元同时耦接该第二信号处理单元，从而接收该充电电流信号，进以依据所述充电电流信号而获知该控制单元传送至各个所述电池单元的该充电电流；以及
一时间计数器，耦接该平衡控制单元，用以对所述电池单元进行一充电时间计数，从而输出一时间计数信号至该平衡控制单元；其中，该平衡控制单元依据一充电时间阀值和所述时间计数信号而计算出所述可充电时间。
在可行的实施例中，该电池平衡控制模块进一步包括：
一参数储存单元，耦接该平衡控制单元，用以储存多个设定参数，其中该多个设定参数包括：所述充电时间阀值、所述目标电池电压、以及所述额定容量。
在一实施例中，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(I)而计算出所述平衡充电电流：
Figure BDA0003009588360000051
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
在另一实施例中，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(II)而计算出所述平衡充电电流：
Figure BDA0003009588360000052
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
在可行的实施例中，该电池管理电路还具有一温度感测单元、一过充保护单元、一过放保护、一过流保护、一短路保护、以及一充电时间保护单元。
在一实施例中，在所计算出的该平衡充电电流大于一充电装置的一最大充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最大充电电流。并且，在所计算出的该平衡充电电流低于一充电装置的一最小充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最小充电电流。
本发明同时揭示一种动态电池平衡方法，其是利用一电池平衡控制模块实现，其中一多节电池组包括多个电池单元与一电池管理电路，且所述电池平衡控制模块是整合在该电池管理电路之中；所述动态电池平衡方法包括以下步骤：
(1)对该多个电池单元进行一电池电压监测，从而获取多个电池电压；
(2)在任二个所述电池电压之间的一电池电压差大于一上临界值的情况下，开始对该多个电池单元进行一电池电压平衡处理；
(3)依据一可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元的一额定容量而计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电；以及
(4)重复该步骤(1)、该步骤(2)与该步骤(3)，直至每个电池电压差皆等于或小于一低临界值的情况下，停止所述电池电压平衡处理。
进一步地，本发明同时揭示一种可充电电池装置，其包括：由多颗电池单元(battery cell)组成的一多节电池组以及一电池管理电路；其特征在于，该电池管理电路进一步整合有用以实现如前所述本发明的动态电池平衡方法的一电池平衡控制模块。
附图说明
图1为习知的一种多节电池组的立体图；
图2为一无线电器的立体图；
图3为图2的无线电器的一可充电电池装置所包含的一多节电池组的立体图；
图4为本发明的一种动态电池充电平衡装置的方块图；
图5为示依据表(2)所载数据而绘制的立体曲面图；
图6为示依据表(3)所载数据而绘制的立体曲面图；以及
图7为本发明的一种动态电池平衡方法的流程图。
【符号说明】
<本发明>
1:多节电池组
11:电池单元
12:电池座
13:电池管理电路
131:控制单元
132:电池电压感测单元
133:充电电流感测单元
134:电池平衡控制模块
1340:平衡控制单元
1341:第一信号处理单元
1342:第二信号处理单元
1343:参数储存单元
1344:时间计数器
3:无线电器
31:机体
32:可充电电池装置
33:充电装置
S1-S4:步骤
<习知>
1a:多节电池组
11a:电池单元
12a:电池座
13a:电池管理电路
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
请参阅图2，其显示一无线(Cordless)电器的立体图。如图2所示，该无线电器3为一电动工具，其包括一机体31、一可充电电池装置32以及一充电装置33。并且，图3显示图2的无线电器3的可充电电池装置32所包含的多节电池组1的立体图。应知道，多节电池组1通常容置在其专属设计的一壳体内，从而与该壳体组成如图2所示的可充电电池装置32，以利于组装至该机体31。当然，除了无线高功率电器产品之外，多节电池组1也可以被应用于电动机车、电动汽车、或高容量移动电源之中。
如图3所示，该多节电池组1的基本组成包括：多颗电池单元(battery cell)11、多个电池座12以及一电池管理电路13。值得注意的是，本发明所提出的一种动态电池充电平衡装置是整合在所述电池管理电路13之中。图4显示本发明的一种动态电池充电平衡装置的方块图。由图3与图4可知，该电池管理电路13具有一(充/放电)控制单元131，且本发明的动态电池充电平衡装置包括：一电池电压感测单元132、一充电电流感测单元133、以及一电池平衡控制模块134，其中该电池电压感测单元132耦接该多个电池单元11，用以对各个所述电池单元11进行一电池电压感测，从而输出多个电压感测信号。
应知道，当包含该多节电池组1的可充电电池装置32的电量不足或耗尽时，须使用该充电装置33对其进行充电。进行充电时，该电池管理电路13的(充/放电)控制单元131利用该充电装置33所提供的一定电流(Constant current)对多节电池组1内的每个电池单元11充电。因此，本发明将该充电电流感测单元133耦接至该控制单元131，用以感测该控制单元131传送至各个所述电池单元11的一充电电流。同时，该电池电压感测单元132耦接该多个电池单元11，用以对各个所述电池单元11进行一电池电压感测，从而输出多个电压感测信号。
如图3与图4所示，该电池平衡控制模块134是耦接该控制单元131、该电池电压感测单元132与该充电电流感测单元133，且包括：一第一信号处理单元1341、一第二信号处理单元1342、一参数储存单元1343、以及一平衡控制单元1340。其中，该第一信号处理单元1341自该电池电压感测单元132接收该多个电压感测信号，且将该多个电压感测信号转换成多个电池电压信号。另一方面，该第二信号处理单元1342自该充电电流感测单元133接收一电流感测信号，提供第二信号处理单元1342以及控制单元131做为充电电流大小的监控与回馈控制。更详细地说明，该平衡控制单元1340耦接该第一信号处理单元1341和该第二信号处理单元1342，用以接收该多个电池电压信号与该充电电流信号，从而依据多个所述电池电压信号而获知多个所述电池电压，同时依据该充电电流信号而获知该控制单元131传送至各个所述电池单元11的一充电电流。
依据本发明的设计，该平衡控制单元1340会在任二个所述电池电压之间的一电池电压差大于一上临界值(upper threshold of battery cell voltage difference)的情况下，开始对该多个电池单元11进行一电池电压平衡处理。并且，该平衡控制单元1340必须对各个所述电池单元11进行多次的充电循环(charging cycle)才能够完成所述电池电压平衡处理。在每一次充电循环中，该平衡控制单元1340依据一(剩余)可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元11的一额定容量而计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元131以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元11进行充电。
应知道，电池管理电路13通常具备温度感测、过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、以及充电时间保护等功能。其中，所述充电时间保护用于在充电时间超过一充电时间阀值(例如：7小时，依据充电电流大小)之后，即令该控制单元131停止传送充电电流至各个所述电池单元11。因此，可以理解，所述(剩余)可充电时间即为该充电时间阀值与一已进行充电的时间的差值。故而，为了计算出可充电时间，如图4所示，该电池平衡控制模块134还包括耦接该平衡控制单元1340的一时间计数器1344，其是用以对所述电池单元11进行一充电时间计数。换句话说，当充电装置33开始对包含该多节电池组1的可充电电池装置32进行充电时，该时间计数器1344即开始进行所述充电时间计数，借此方式掌握已进行充电的时间。
并且，如图4所示，该参数储存单元1343是耦接该平衡控制单元1340，且其储存多个设定参数，其中该多个设定参数包括：所述充电时间阀值、所述目标电池电压、以及所述额定容量。如此设计，在开始对该多个电池单元11进行所述电池电压平衡处理之前，该平衡控制单元1340接收传送自该时间计数器1344的一时间计数信号，从而自该时间计数信号获知已进行充电的时间，接着依据所述充电时间阀值(例如：7小时)和所述已进行充电的时间而计算出该(剩余)可充电时间。最终，该平衡控制单元1340依据所计算出的可充电时间、目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元11的额定容量而进一步地计算出多个平衡充电电流，进而在一充电循环(charging cycle)中控制该控制单元131以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元11进行充电。
更详细地说明，该平衡控制单元1340是利用以下数学运算式(I)或(II)而计算出所述平衡充电电流：
Figure BDA0003009588360000101
Figure BDA0003009588360000102
于上式(I)、(II)中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。补充说明的是，执行每一次的充电循环执行时，该平衡控制单元1340利用上式(I)或(II)计算出多个平衡充电电流，接着控制该控制单元131以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元11进行充电。值得注意的是，在所计算出的该平衡充电电流大于该充电装置33的一最大充电电流(例如：450mA)的情况下，该平衡控制单元1340将所述平衡充电电流修正为该最大充电电流。并且，在所计算出的该平衡充电电流低于该充电装置33的一最小充电电流(例如：45mA或140mA)的情况下，该平衡控制单元1340将所述平衡充电电流修正为该最小充电电流。
举例而言，若目标电池电压为4.3V、最大充电电流为450mA、最小充电电流为45mA、且所述电池单元11为额定容量为2200mA/h的18650锂离子电池，则可利用上式(I)依据不同的(剩余)可充电时间和不同的电池电压计算出对应的平衡充电电流，整理如下表(2)所示。
表(2)
6 hrs 5 hrs 4 hrs 3 hrs 2 hrs 1 hr
3.2V 403.3mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.3V 366.7mA 440.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.4V 330.0mA 396.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.5V 293.3mA 352.0mA 440.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.6V 256.7mA 308.0mA 385.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.7V 220.0mA 264.0mA 330.0mA 440.0mA 450.0mA 450.0mA
3.8V 183.3mA 220.0mA 275.0mA 366.7mA 450.0mA 450.0mA
3.9V 146.7mA 176.0mA 220.0mA 293.3mA 440.0mA 450.0mA
4.0V 110.0mA 132.0mA 165.0mA 220.0mA 330.0mA 450.0mA
4.1V 73.3mA 88.0mA 110.0mA 146.7mA 220.0mA 440.0mA
4.2V 45.0mA 45.0mA 55.0mA 73.3mA 110.0mA 220.0mA
图5显示依据表(2)所载数据而绘制的立体曲面图。由图5可发现，利用上式(I)所计算获得的平衡充电电流是同时与向各所述电池单元11监测获得的电池电压以及(剩余)可充电时间相关，因此，假设每一次充电循环的时间为1个小时，则同一个电池单元11在不同充电循环中会有不同的平衡充电电流。换句话说，本发明的动态电池充电平衡装置用以对每一个电池单元11进行充电的平衡充电电流是在不同充电循环中动态变化。进一步地，由上表(2)的数据可以发现，在每一次的充电循环中，用以向低电池电压的电池单元11充电的该平衡充电电流会大于用以向高电池电压的电池单元11充电的该平衡充电电流。依此设计，本发明的动态电池充电平衡装置能够快速地平衡(消除)任二个电池单元11之间的电池电压差，最终消除任两个电池单元11之间的电池电压不平衡的现象。
另一方面，若目标电池电压为4.3V、最大充电电流为450mA、最小充电电流为140mA、且所述电池单元11为额定容量为2200mA/h的18650锂离子电池，则可利用上式(II)依据不同的可充电时间和不同的电池电压计算出对应的平衡充电电流，整理如下表(3)所示。
表(3)
6 hrs 5 hrs 4 hrs 3 hrs 2 hrs 1 hr
3.2V 450mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.3V 449.1Ma 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.4V 429.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.5V 401.7mA 440.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.6V 375.7mA 411.6mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.7V 347.9mA 381.1mA 426.0mA 450.0mA 450.0mA 450.0mA
3.8V 317.5mA 347.9mA 388.9mA 449.1mA 450.0mA 450.0mA
3.9V 284.0mA 311.1mA 347.9mA 401.7mA 450.0mA 450.0mA
4.0V 246.0mA 269.4mA 301.2mA 347.9mA 426.0mA 450.0mA
4.1V 200.8mA 220.0mA 246.0mA 284.0mA 347.9mA 450.0mA
4.2V 142.0mA 155.6mA 173.9mA 200.8mA 246.0mA 347.9mA
图5显示依据表(3)所载数据而绘制的立体曲面图。由图6可发现，利用上式(II)所计算获得的平衡充电电流是同时与向各所述电池单元11监测获得的电池电压以及(剩余)可充电时间相关，因此，假设每一次充电循环的时间为1个小时，则同一个电池单元11在不同充电循环中会有不同的平衡充电电流。换句话说，本发明的动态电池充电平衡装置用以对每一个电池单元11进行充电的平衡充电电流是在不同充电循环中动态变化。
如此，上述说明是已清楚揭示本发明的一种动态电池充电平衡装置的构件及应用。此外，本发明同时揭示一种动态电池平衡方法，其是利用一电池平衡控制模块134(如图3、图4所示)实现。图7显示本发明的一种动态电池平衡方的流程图。如图7所示，本发明的动态电池平衡方包括4个主要步骤。首先，如图3、图4与图7所示，方法流程是执行步骤S1：对该多个电池单元11进行一电池电压监测，从而获取多个电池电压。接着，方法流程是执行步骤S2：在任二个所述电池电压之间的一电池电压差大于一上临界值(upper threshold ofbattery cell voltage difference)的情况下，开始对该多个电池单元11进行一电池电压平衡处理。
如图3、图4与图7所示，方法流程是接着执行步骤S3：依据一(剩余)可充电时间、一目标电池电压(如4.3V)、多个所述电池电压、以及所述电池单元11的一额定容量(如2200mA/h)计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元131以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元11进行充电。完成一个充电循环(charging cycle)之后，方法步骤继续地执行步骤S4：重复该步骤S1、该步骤S2与该步骤S3，直至所述电池电压差等于或小于一低临界值(lower threshold of battery cell voltage difference)的情况下，停止所述电池电压平衡处理。换句话说，执行步骤S4时，本发明的动态电池充电平衡装置(如图3与图4所示)会重复对该多个电池单元11进行电池电压监测，且在任二个电池电压之间的电池电压差大于上临界值的情况下，计算出新的平衡充电电流，从而再执行一次充电循环。
如下表(4)所示，利用本发明的动态电池平衡方法对Samsung ICR18650-22P的多节电池组进行电池电压平衡处理，发现需要只需要6次的充电循环即可完成对于多个所述电池单元11的电池电压平衡处理。
表(4)
Figure BDA0003009588360000131
如此，上述是已完整且清楚地说明本发明的一种动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置。必须加以强调的是，上述的详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (18)

1.一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中，其特征在于，该电池管理电路具有一控制单元，且所述动态电池充电平衡装置整合于该电池管理电路之中；所述动态电池充电平衡装置包括：
一电池电压感测单元，耦接该多个电池单元，用以对各个所述电池单元进行一电池电压感测，从而输出多个电压感测信号；以及
一电池平衡控制模块，耦接该电池电压感测单元与该控制单元，且包括：
一第一信号处理单元，自该电池电压感测单元接收该多个电压感测信号，且将该多个电压感测信号转换成多个电池电压信号；及
一平衡控制单元，耦接该第一信号处理单元以接收该多个电池电压信号，从而依据各个所述电池电压信号而获知对应于多个所述电池单元的多个电池电压；
其中，该平衡控制单元依据一可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元的一额定容量而计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。
2.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，还包括：
一充电电流感测单元，耦接该控制单元，用感测该控制单元传送至各个所述电池单元的一充电电流。
3.如权利要求2所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池平衡控制模块还包括：
一第二信号处理单元，耦接该充电电流感测单元以接收一电流感测信号，且将该电流感测信号转换成一充电电流信号；其中，该平衡控制单元同时耦接该第二信号处理单元，从而接收该充电电流信号，进以依据所述充电电流信号而获知该控制单元传送至各个所述电池单元的该充电电流；以及
一时间计数器，耦接该平衡控制单元，用以对所述电池单元进行一充电时间计数，从而输出一时间计数信号至该平衡控制单元；其中，该平衡控制单元依据一充电时间阀值和所述时间计数信号而计算出所述可充电时间。
4.如权利要求3所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池平衡控制模块还包括：
一参数储存单元，耦接该平衡控制单元，用以储存多个设定参数，其中该多个设定参数包括：所述充电时间阀值、所述目标电池电压、以及所述额定容量。
5.如权利要求4所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(I)而计算出所述平衡充电电流：
Figure FDA0003009588350000021
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
6.如权利要求4所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(II)而计算出所述平衡充电电流：
Figure FDA0003009588350000022
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
7.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池管理电路还具有一温度感测单元、一过充保护单元、一过放保护、一过流保护、一短路保护、以及一充电时间保护单元。
8.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流大于一充电装置的一最大充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最大充电电流。
9.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流低于一充电装置的一最小充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最小充电电流。
10.一种动态电池平衡方法，其特征在于，其是利用一电池平衡控制模块实现，其中一多节电池组包括多个电池单元与一电池管理电路，且所述电池平衡控制模块是整合在该电池管理电路之中；所述动态电池平衡方法包括以下步骤：
(1)对该多个电池单元进行一电池电压监测，从而获取多个电池电压；
(2)在任二个所述电池电压之间的一电池电压差大于一上临界值的情况下，开始对该多个电池单元进行一电池电压平衡处理；
(3)依据一可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元的一额定容量计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电；以及
(4)重复该步骤(1)、该步骤(2)与该步骤(3)，直至每个电池电压差皆等于或小于一低临界值的情况下，停止所述电池电压平衡处理。
11.如权利要求10所述的动态电池平衡方法，其特征在于，该电池平衡控制模块包括：
一第一信号处理单元，其利用一电池电压感测单元执行所述电池电压感测，从而接收多个电压感测信号，且将该多个电压感测信号转换成多个电池电压信号；
一第二信号处理单元，其利用一充电电流感测单元对该电池管理电路的一控制单元执行一充电电流感测，从而自该电充电电流感测单元接收一电流感测信号，且将该电流感测信号转换成一充电电流信号；
一平衡控制单元，耦接该第一信号处理单元和该第二信号处理单元以接收该多个电池电压信号与该充电电流信号，从而依据多个所述电池电压信号而获知多个所述电池电压，且依据该充电电流信号而获知该控制单元传送至各个所述电池单元的一充电电流；
一参数储存单元，耦接该平衡控制单元，用以储存多个设定参数，其中该多个设定参数包括：所述充电时间阀值、所述目标电池电压、以及所述额定容量；以及
一时间计数器，耦接该平衡控制单元，用以对所述电池单元进行一充电时间计数，从而输出一时间计数信号至该平衡控制单元，使该平衡控制单元依据一充电时间阀值和所述时间计数信号而计算出所述可充电时间。
12.如权利要求11所述的动态电池平衡方法，其特征在于，该电池平衡控制模块的该平衡控制单元是利用以下数学运算式(I)而计算出所述平衡充电电流：
Figure FDA0003009588350000041
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell_MIN为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
13.如权利要求11所述的动态电池平衡方法，其特征在于，该电池平衡控制模块的该平衡控制单元是利用以下数学运算式(II)而计算出所述平衡充电电流：
Figure FDA0003009588350000042
其中，K为一比例系数，IB为所述平衡充电电流，BC为所述额定容量，Vtarget为所述目标电池电压，Vcell_MIN为所述电池电压，且TC为所述可充电时间。
14.如权利要求10所述的动态电池平衡方法，其特征在于，该电池管理电路还具有一温度感测单元、一过充保护单元、一过放保护、一过流保护、一短路保护、以及一充电时间保护单元。
15.如权利要求10所述的动态电池平衡方法，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流大于一充电装置的一最大充电电流的情况下，该电池平衡控制模块将所述平衡充电电流修正为该最大充电电流。
16.如权利要求10所述的动态电池平衡方法，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流低于一充电装置的一最小充电电流的情况下，该电池平衡控制模块将所述平衡充电电流修正为该最小充电电流。
17.一种可充电电池装置，其特征在于，其包括：由多颗电池单元(battery cell)组成的一多节电池组以及一电池管理电路；其特征在于，该电池管理电路进一步整合有用以实现如权利要求10至权利要求16中任一项所述的动态电池平衡方法的一电池平衡控制模块。
18.如权利要求17所述的可充电电池装置，其特征在于，该可充电电池装置是应用于一无线电器、一电动机车、一电动汽车、或一高容量移动电源之中。
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